JPH0668885A - 固体電解質型燃料電池の製作方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池の製作方法Info
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- JPH0668885A JPH0668885A JP4244006A JP24400692A JPH0668885A JP H0668885 A JPH0668885 A JP H0668885A JP 4244006 A JP4244006 A JP 4244006A JP 24400692 A JP24400692 A JP 24400692A JP H0668885 A JPH0668885 A JP H0668885A
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 固体電解質型燃料電池を焼成し一体焼結させ
て製作する。 【構成】 固体電解質板１の両面に空気極２と燃料極３
を印刷により塗布する。燃料極３上に適宜間隔で塗布し
た第１応力緩和層としての材料９の上に燃料流路柱５を
設置し且つ周辺部にマスクプレート７を取り付けて燃料
流路柱付きセルＣを作る。セパレータ６上に空気流路柱
４を設置し、周辺部にマスクプレート８を取り付けて空
気流路付きセパレータＳを作る。次に、上記セルＣとセ
パレータＳを重ね合わせるときに接合する個所に、各々
応力緩和層として材料１０，１１，１２，１３を塗布し
て重ね合わせる。これを焼成して一体焼結させる。
て製作する。 【構成】 固体電解質板１の両面に空気極２と燃料極３
を印刷により塗布する。燃料極３上に適宜間隔で塗布し
た第１応力緩和層としての材料９の上に燃料流路柱５を
設置し且つ周辺部にマスクプレート７を取り付けて燃料
流路柱付きセルＣを作る。セパレータ６上に空気流路柱
４を設置し、周辺部にマスクプレート８を取り付けて空
気流路付きセパレータＳを作る。次に、上記セルＣとセ
パレータＳを重ね合わせるときに接合する個所に、各々
応力緩和層として材料１０，１１，１２，１３を塗布し
て重ね合わせる。これを焼成して一体焼結させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料の有する化学エネル
ギーを直接電気エネルギーに変換させるエネルギー部門
で用いる燃料電池のうち、特に固体電解質型燃料電池を
一体焼結で製作するための方法に関するものである。
ギーを直接電気エネルギーに変換させるエネルギー部門
で用いる燃料電池のうち、特に固体電解質型燃料電池を
一体焼結で製作するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在開発が進められている固体電解質型
燃料電池には、平板型のもの、円筒型のもの等がある
が、平板型のものは、図５に一例を示す如く、たとえ
ば、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を適用した
固体電解質板１の両面側に、空気極２と燃料極３を配置
し、且つ空気極２側には、空気Ｏ2 ガスを流すための空
気流路を形成する空気流路柱４を配置すると共に、燃料
極３側にも燃料ガスＨ2 ガスを流すための流路形成用の
燃料流路柱５を配置し、空気極２側へ空気を、又、燃料
極３側へ燃料ガスを流すようにして、空気極２側での反
応により生じた酸素イオンを、固体電解質板１を通して
燃料極３側へ到達させるようにし、一方、燃料極３側で
は、上記燃料ガスＨ2 と上記酸素イオンが反応して水Ｈ
2 Ｏが出されるようにしたものを１セルとし、かかるセ
ルをセパレータ（インターコネクタ）６を介し多層に積
層するようにしてある。
燃料電池には、平板型のもの、円筒型のもの等がある
が、平板型のものは、図５に一例を示す如く、たとえ
ば、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を適用した
固体電解質板１の両面側に、空気極２と燃料極３を配置
し、且つ空気極２側には、空気Ｏ2 ガスを流すための空
気流路を形成する空気流路柱４を配置すると共に、燃料
極３側にも燃料ガスＨ2 ガスを流すための流路形成用の
燃料流路柱５を配置し、空気極２側へ空気を、又、燃料
極３側へ燃料ガスを流すようにして、空気極２側での反
応により生じた酸素イオンを、固体電解質板１を通して
燃料極３側へ到達させるようにし、一方、燃料極３側で
は、上記燃料ガスＨ2 と上記酸素イオンが反応して水Ｈ
2 Ｏが出されるようにしたものを１セルとし、かかるセ
ルをセパレータ（インターコネクタ）６を介し多層に積
層するようにしてある。
【０００３】かかる平板型の固体電解質型燃料電池を組
み立てて製作する場合、別々に製作された固体電解質板
１、空気極２、燃料極３、空気流路柱４、燃料流路柱
５、セパレータ６の各部材を順次重ね合わせるようにす
る考え方が一般的で、各部材を一体焼結させて固体電解
質型燃料電池を製作する考え方は現在まで採られていな
い。それは、固体電解質型燃料電池の場合は固体電解質
板１と空気極２、燃料極３の一体焼結は可能であるが、
これに空気流路柱４や燃料流路柱５を重ねて一体焼結す
ることは応力の発生で割れが生じるため、一体焼結が困
難だからである。
み立てて製作する場合、別々に製作された固体電解質板
１、空気極２、燃料極３、空気流路柱４、燃料流路柱
５、セパレータ６の各部材を順次重ね合わせるようにす
る考え方が一般的で、各部材を一体焼結させて固体電解
質型燃料電池を製作する考え方は現在まで採られていな
い。それは、固体電解質型燃料電池の場合は固体電解質
板１と空気極２、燃料極３の一体焼結は可能であるが、
これに空気流路柱４や燃料流路柱５を重ねて一体焼結す
ることは応力の発生で割れが生じるため、一体焼結が困
難だからである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、固体電解質
型燃料電池の製作において、各部品を１つずつ重ねて接
合して行く場合は、工数が多くなると共に、ガスシール
性に充分なる注意が必要となる。
型燃料電池の製作において、各部品を１つずつ重ねて接
合して行く場合は、工数が多くなると共に、ガスシール
性に充分なる注意が必要となる。
【０００５】上記固体電解質型燃料電池は、１０００℃
という高温で動作するため、通常の金属では腐食してし
まうので、セラミック材料が使われるが、セラミック材
料は、これを焼成して緻密なものにする際には一般的に
約２０％（体積比で５０％）の収縮（熱収縮）がある。
したがって、上記熱収縮挙動の異なるセラミック材料同
士を貼り合わせて一体焼結するため、図６（イ）に示す
如く、熱収縮挙動の異なるセラミック材料ＩとＩＩを、
焼成前のグリーンの状態で貼り合わせ、これを焼成させ
ると、図６（ロ）の如く焼成中は、材料の化学的性質、
粒径分布等で異なる熱収縮挙動の差によって、一方のセ
ラミック材料Ｉで矢印の如く圧縮応力が発生させると
き、他方のセラミック材料ＩＩで矢印の如く引張応力が
発生し、焼成後は、セラミック材料ＩとＩＩの界面に応
力が発生してセラミック材料Ｉ，ＩＩにクラックが生じ
たり、破損したりすることが確認されている。
という高温で動作するため、通常の金属では腐食してし
まうので、セラミック材料が使われるが、セラミック材
料は、これを焼成して緻密なものにする際には一般的に
約２０％（体積比で５０％）の収縮（熱収縮）がある。
したがって、上記熱収縮挙動の異なるセラミック材料同
士を貼り合わせて一体焼結するため、図６（イ）に示す
如く、熱収縮挙動の異なるセラミック材料ＩとＩＩを、
焼成前のグリーンの状態で貼り合わせ、これを焼成させ
ると、図６（ロ）の如く焼成中は、材料の化学的性質、
粒径分布等で異なる熱収縮挙動の差によって、一方のセ
ラミック材料Ｉで矢印の如く圧縮応力が発生させると
き、他方のセラミック材料ＩＩで矢印の如く引張応力が
発生し、焼成後は、セラミック材料ＩとＩＩの界面に応
力が発生してセラミック材料Ｉ，ＩＩにクラックが生じ
たり、破損したりすることが確認されている。
【０００６】本発明者は、かかる熱収縮挙動の異なるセ
ラミック材料同士を貼り合わせて一体焼結させたとき
に、全体が破損することから、種々工夫研究を重ねた結
果、該セラミック材料自体が割れたり、破損したりする
ことなく一体焼結させられる方法を見い出した。この方
法は、図７（イ）に一例を示す如く、粒径等の調整によ
って熱収縮挙動を極力近づけたセラミック材料ＩとＩＩ
の間に、応力緩和層として、上記セラミック材料Ｉ，Ｉ
Ｉの熱収縮挙動とは極端に異なる熱収縮挙動を示してい
る割れ易い材料ＩＩＩを、焼成前の状態で挟み込み、次
いで、これを焼成して一体焼結させる際に、この焼成中
（図７（ロ））に上記応力緩和層としての材料ＩＩＩが
割れて微少クラックが発生し応力を緩和させることによ
って、焼成後（図７（ハ））も、セラミック材料Ｉ，Ｉ
Ｉが破損することがないようにするものである。
ラミック材料同士を貼り合わせて一体焼結させたとき
に、全体が破損することから、種々工夫研究を重ねた結
果、該セラミック材料自体が割れたり、破損したりする
ことなく一体焼結させられる方法を見い出した。この方
法は、図７（イ）に一例を示す如く、粒径等の調整によ
って熱収縮挙動を極力近づけたセラミック材料ＩとＩＩ
の間に、応力緩和層として、上記セラミック材料Ｉ，Ｉ
Ｉの熱収縮挙動とは極端に異なる熱収縮挙動を示してい
る割れ易い材料ＩＩＩを、焼成前の状態で挟み込み、次
いで、これを焼成して一体焼結させる際に、この焼成中
（図７（ロ））に上記応力緩和層としての材料ＩＩＩが
割れて微少クラックが発生し応力を緩和させることによ
って、焼成後（図７（ハ））も、セラミック材料Ｉ，Ｉ
Ｉが破損することがないようにするものである。
【０００７】そこで、本発明は、上記本発明者等の見い
出した異なるセラミック材料の一体焼結の方法に基づき
固体電解質型燃料電池を一体焼結させて製作する方法を
提供しようとするものである。
出した異なるセラミック材料の一体焼結の方法に基づき
固体電解質型燃料電池を一体焼結させて製作する方法を
提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、固体電解質板のグリーンシートの両面
に、空気極と燃料極を塗布し、燃料極上に、熱収縮挙動
を極力近づけた多数の燃料流路柱を適宜間隔で設置する
と共に固体電解質板の周辺部にマスクプレートを取り付
け、且つ上記燃料極と燃料流路柱との間に、両者とは熱
収縮挙動が極端に違う燃料極材料を第１応力緩和層とし
て挟み込んでなる燃料流路柱付きのセルと、セパレータ
のグリーンシート上に、上記空気極とは熱収縮挙動を極
力近づけた多数の空気流路柱を適宜間隔で設置すると共
に、周辺部にマスクプレートを取り付けてなる空気流路
柱付きのセパレータとを作り、次いで、上記セル側の燃
料流路柱上には該燃料流路柱及びセパレータの熱収縮挙
動とは極端に違う燃料極材料を第２応力緩和層として、
又、マスクプレート上には該マスクプレートとセパレー
タの熱収縮挙動とは極端に違う熱収縮挙動を示す材料を
第３応力緩和層として塗布すると共に、上記セパレータ
側の各空気流路柱上には該空気流路柱及び空気極とは熱
収縮挙動が極端に違っている空気極材料を第４応力緩和
層として、又、マスクプレート上には該マスクプレート
及び固体電解質板とは熱収縮挙動が極端に違う材料を第
５応力緩和層として塗布し、しかる後、上記燃料流路柱
付きのセルと空気流路柱付きのセパレータとを重ね合わ
せ、次に、これを焼成し、一体焼結して製作する方法と
する。
決するために、固体電解質板のグリーンシートの両面
に、空気極と燃料極を塗布し、燃料極上に、熱収縮挙動
を極力近づけた多数の燃料流路柱を適宜間隔で設置する
と共に固体電解質板の周辺部にマスクプレートを取り付
け、且つ上記燃料極と燃料流路柱との間に、両者とは熱
収縮挙動が極端に違う燃料極材料を第１応力緩和層とし
て挟み込んでなる燃料流路柱付きのセルと、セパレータ
のグリーンシート上に、上記空気極とは熱収縮挙動を極
力近づけた多数の空気流路柱を適宜間隔で設置すると共
に、周辺部にマスクプレートを取り付けてなる空気流路
柱付きのセパレータとを作り、次いで、上記セル側の燃
料流路柱上には該燃料流路柱及びセパレータの熱収縮挙
動とは極端に違う燃料極材料を第２応力緩和層として、
又、マスクプレート上には該マスクプレートとセパレー
タの熱収縮挙動とは極端に違う熱収縮挙動を示す材料を
第３応力緩和層として塗布すると共に、上記セパレータ
側の各空気流路柱上には該空気流路柱及び空気極とは熱
収縮挙動が極端に違っている空気極材料を第４応力緩和
層として、又、マスクプレート上には該マスクプレート
及び固体電解質板とは熱収縮挙動が極端に違う材料を第
５応力緩和層として塗布し、しかる後、上記燃料流路柱
付きのセルと空気流路柱付きのセパレータとを重ね合わ
せ、次に、これを焼成し、一体焼結して製作する方法と
する。
【０００９】又、セパレータと空気流路柱との間に、両
者とは熱収縮挙動が極端に違う空気極材料を第６応力緩
和層として挟み込んで一体焼結させるようにしてもよ
い。
者とは熱収縮挙動が極端に違う空気極材料を第６応力緩
和層として挟み込んで一体焼結させるようにしてもよ
い。
【００１０】
【作用】応力緩和層として挟み込む材料は、割れ易いも
のであるため、焼成時の熱収縮挙動の違いから生じる材
料間の応力を、応力緩和層が積極的に割れることによっ
て緩和し、全体の破損を防止して一体焼結された固体電
解質型燃料電池が製作される。
のであるため、焼成時の熱収縮挙動の違いから生じる材
料間の応力を、応力緩和層が積極的に割れることによっ
て緩和し、全体の破損を防止して一体焼結された固体電
解質型燃料電池が製作される。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００１２】図１は本発明の一実施例を示す焼結前に重
ね合わせた状態を示し、又、図２と図３は図１のように
重ね合わせるまでの作製手順を示すもので、図５に示し
た従来の固体電解質型燃料電池の場合と同様に、固体電
解質板１の両側に、空気極２と燃料極３を配置し、空気
極２側には、空気流路形成用の多数の空気流路柱４を、
又、燃料極３側には、燃料ガスの流路形成用の多数の燃
料流路柱５をそれぞれ適宜間隔で設置し、空気極２側に
空気Ｏ2 ガスを供給すると共に燃料極３側に燃料ガスＨ
2 ガスを供給するようにしてあるセルをセパレータ（イ
ンターコネクタ）６を介し多層に積層するようにしてあ
る構成の固体電解質型燃料電池を、各部品を重ね合わせ
て焼成することにより一体焼結させて製作させるように
する。
ね合わせた状態を示し、又、図２と図３は図１のように
重ね合わせるまでの作製手順を示すもので、図５に示し
た従来の固体電解質型燃料電池の場合と同様に、固体電
解質板１の両側に、空気極２と燃料極３を配置し、空気
極２側には、空気流路形成用の多数の空気流路柱４を、
又、燃料極３側には、燃料ガスの流路形成用の多数の燃
料流路柱５をそれぞれ適宜間隔で設置し、空気極２側に
空気Ｏ2 ガスを供給すると共に燃料極３側に燃料ガスＨ
2 ガスを供給するようにしてあるセルをセパレータ（イ
ンターコネクタ）６を介し多層に積層するようにしてあ
る構成の固体電解質型燃料電池を、各部品を重ね合わせ
て焼成することにより一体焼結させて製作させるように
する。
【００１３】以下、詳述すると、本発明の固体電解質型
燃料電池の製作方法は、燃料流路柱付きのセルと空気流
路柱付きのセパレータとを別々に作り、これを重ね合わ
せて焼成し、一体焼結する。
燃料電池の製作方法は、燃料流路柱付きのセルと空気流
路柱付きのセパレータとを別々に作り、これを重ね合わ
せて焼成し、一体焼結する。
【００１４】先ず、図２に示す如く、イットリア安定化
ジルコニア（ＹＳＺ）等を用いている固体電解質板１の
グリーンシートに、ランタンマンガナイト、ランタンコ
バルタイト等を用いた空気極２をスクリーン印刷法で印
刷して塗布する（図２（イ））と共に、ＮｉＯ−ＹＳＺ
サーメットを用いた燃料極３を同じくスクリーン印刷法
で印刷して塗布し（図２（ロ））、上記燃料極３上に、
たとえば、該燃料極と同じ材料であるが、粒径の調整等
で燃料極３の熱収縮挙動とは極端に違う熱収縮挙動を示
すようにした燃料極材料９を第１応力緩和層としてスク
リーン印刷法で適宜間隔に塗布し（図２（ハ））、その
上に燃料極３と同じ材料で粒径等の調整により熱収縮挙
動を極力近づけた燃料流路柱５を設置し（図２
（ニ））、更に、内部マニホールド型の場合には固体電
解質板１の周辺部にマニホールド１４を設け（図２
（ホ））た後、周辺部に固体電解質板１と同じ材料のマ
スクプレート７を取り付け、燃料流路柱５付きのセルＣ
を作る（図２（ヘ））。
ジルコニア（ＹＳＺ）等を用いている固体電解質板１の
グリーンシートに、ランタンマンガナイト、ランタンコ
バルタイト等を用いた空気極２をスクリーン印刷法で印
刷して塗布する（図２（イ））と共に、ＮｉＯ−ＹＳＺ
サーメットを用いた燃料極３を同じくスクリーン印刷法
で印刷して塗布し（図２（ロ））、上記燃料極３上に、
たとえば、該燃料極と同じ材料であるが、粒径の調整等
で燃料極３の熱収縮挙動とは極端に違う熱収縮挙動を示
すようにした燃料極材料９を第１応力緩和層としてスク
リーン印刷法で適宜間隔に塗布し（図２（ハ））、その
上に燃料極３と同じ材料で粒径等の調整により熱収縮挙
動を極力近づけた燃料流路柱５を設置し（図２
（ニ））、更に、内部マニホールド型の場合には固体電
解質板１の周辺部にマニホールド１４を設け（図２
（ホ））た後、周辺部に固体電解質板１と同じ材料のマ
スクプレート７を取り付け、燃料流路柱５付きのセルＣ
を作る（図２（ヘ））。
【００１５】一方、図３に示す如く、ランタンクロマイ
トを素材とするセパレータ６のグリーンシート上に、空
気極２と同じ材料で粒径等の調整により空気極２の熱収
縮挙動に極力近づけた多数の空気流路柱４を適宜間隔に
設置し（図３（イ））、次いで、内部マニホールド型の
場合はセパレータ６の周辺部にマニホールド１４を設け
（図３（ロ））た後、周辺部にセパレータ６と同じ材料
のマスクプレート８を取り付け、空気流路柱４付きのセ
パレータＳを作る（図３（ハ））。
トを素材とするセパレータ６のグリーンシート上に、空
気極２と同じ材料で粒径等の調整により空気極２の熱収
縮挙動に極力近づけた多数の空気流路柱４を適宜間隔に
設置し（図３（イ））、次いで、内部マニホールド型の
場合はセパレータ６の周辺部にマニホールド１４を設け
（図３（ロ））た後、周辺部にセパレータ６と同じ材料
のマスクプレート８を取り付け、空気流路柱４付きのセ
パレータＳを作る（図３（ハ））。
【００１６】上記した図２の要領で燃料流路柱付きセル
Ｃを作り、図３の要領で空気流路柱付きセパレータＳを
作ると、次に、上記セルＣにおける各燃料流路柱５上
に、たとえば、該燃料流路柱５と同じ材料であるが、粒
径等の調整で該燃料極流路柱５及びセパレータ６の熱収
縮挙動とは極端に違う熱収縮挙動を示すようにした燃料
極材料１０を第２応力緩和層として塗布すると共に、マ
スクプレート７上に、たとえば、固体電解質板１やセパ
レータ６等と同じ材料であるが粒径等の調整によってセ
パレータ６及びマスクプレート７の熱収縮挙動とは極端
に違う熱収縮挙動を示すようにした材料１１を第３応力
緩和層として塗布し、一方、上記空気流路柱付きセパレ
ータＳにおける各空気流路柱４上には、該空気流路柱４
やセパレータ６と同じ材料であるが粒径等の調整によっ
て空気流路柱４及び空気極２の熱収縮挙動とは極端に違
う熱収縮挙動を示すようにした空気極材料１２を第４応
力緩和層として塗布すると共に、マスクプレート８上
に、上記第３応力緩和層としての材料１１と同じ素材で
マスクプレート８及び固体電解質板１の熱収縮挙動とは
極端に違う熱収縮挙動を示すようにした材料１３を第５
応力緩和層として塗布する。
Ｃを作り、図３の要領で空気流路柱付きセパレータＳを
作ると、次に、上記セルＣにおける各燃料流路柱５上
に、たとえば、該燃料流路柱５と同じ材料であるが、粒
径等の調整で該燃料極流路柱５及びセパレータ６の熱収
縮挙動とは極端に違う熱収縮挙動を示すようにした燃料
極材料１０を第２応力緩和層として塗布すると共に、マ
スクプレート７上に、たとえば、固体電解質板１やセパ
レータ６等と同じ材料であるが粒径等の調整によってセ
パレータ６及びマスクプレート７の熱収縮挙動とは極端
に違う熱収縮挙動を示すようにした材料１１を第３応力
緩和層として塗布し、一方、上記空気流路柱付きセパレ
ータＳにおける各空気流路柱４上には、該空気流路柱４
やセパレータ６と同じ材料であるが粒径等の調整によっ
て空気流路柱４及び空気極２の熱収縮挙動とは極端に違
う熱収縮挙動を示すようにした空気極材料１２を第４応
力緩和層として塗布すると共に、マスクプレート８上
に、上記第３応力緩和層としての材料１１と同じ素材で
マスクプレート８及び固体電解質板１の熱収縮挙動とは
極端に違う熱収縮挙動を示すようにした材料１３を第５
応力緩和層として塗布する。
【００１７】次いで、図１に示すように、燃料流路柱付
きセルＣと空気流路柱付きセパレータＳとを順次重ね合
わせ、セパレータ６と各燃料流路柱５、マスクプレート
７との間に第２、第３の応力緩和層が挟み込まれ、又、
空気極２と各空気流路柱４との間及び固体電解質板１と
マスクプレート８との間に第４及び第５の応力緩和層が
挟み込まれている状態にする。
きセルＣと空気流路柱付きセパレータＳとを順次重ね合
わせ、セパレータ６と各燃料流路柱５、マスクプレート
７との間に第２、第３の応力緩和層が挟み込まれ、又、
空気極２と各空気流路柱４との間及び固体電解質板１と
マスクプレート８との間に第４及び第５の応力緩和層が
挟み込まれている状態にする。
【００１８】焼成前に、上記のように重ね合わせると、
空気中で１３００℃〜１４００℃で焼成し、セルＣとセ
パレータＳを一体焼結させる。
空気中で１３００℃〜１４００℃で焼成し、セルＣとセ
パレータＳを一体焼結させる。
【００１９】上記焼成中は、各部材同士の界面に熱収縮
挙動の違いによる応力が発生するが、応力緩和層として
介在させた燃料極材料９，１０、空気極材料１２、材料
１１，１３が熱収縮挙動の大きな違いから割れ易いた
め、これらの各材料のみが割れることによって応力を緩
和することができ、固体電解質型燃料電池を構成する各
部材に割れを生じさせることなく、一体焼結させること
ができる。
挙動の違いによる応力が発生するが、応力緩和層として
介在させた燃料極材料９，１０、空気極材料１２、材料
１１，１３が熱収縮挙動の大きな違いから割れ易いた
め、これらの各材料のみが割れることによって応力を緩
和することができ、固体電解質型燃料電池を構成する各
部材に割れを生じさせることなく、一体焼結させること
ができる。
【００２０】上記において、熱収縮挙動を極力近づける
場合の熱収縮の違いは１％以内のものとし、又、応力緩
和層は、熱収縮挙動を１％以内とした各部材とは５％〜
２０％もの熱収縮挙動に差があるものとし、焼成時に、
応力緩和層の部分のみに微小なクラック等が生じて応力
を緩和し、全体の破損が防止されるようにする。なお、
応力緩和層として用いる材料としては、化学組成の異な
るものや、化学組成は同じであるが粒径等の調整によっ
て熱収縮挙動を変えたものを用いる。
場合の熱収縮の違いは１％以内のものとし、又、応力緩
和層は、熱収縮挙動を１％以内とした各部材とは５％〜
２０％もの熱収縮挙動に差があるものとし、焼成時に、
応力緩和層の部分のみに微小なクラック等が生じて応力
を緩和し、全体の破損が防止されるようにする。なお、
応力緩和層として用いる材料としては、化学組成の異な
るものや、化学組成は同じであるが粒径等の調整によっ
て熱収縮挙動を変えたものを用いる。
【００２１】次に、図４は本発明の他の実施例を示すも
ので、図１に示す空気流路柱付きセパレータＳの構成に
代えて、セパレータ６上に、第６応力緩和層として空気
極材料１５を塗布して、その上に空気流路柱４を設置し
て、各部材間にすべて応力緩和層を設けたものである。
ので、図１に示す空気流路柱付きセパレータＳの構成に
代えて、セパレータ６上に、第６応力緩和層として空気
極材料１５を塗布して、その上に空気流路柱４を設置し
て、各部材間にすべて応力緩和層を設けたものである。
【００２２】この実施例によっても図１の場合と同様に
全体に割れや破損を生じさせることなく一体焼結で固体
電解質型燃料電池を製作することができる。
全体に割れや破損を生じさせることなく一体焼結で固体
電解質型燃料電池を製作することができる。
【００２３】なお、上記の各実施例においては、固体電
解質板１の両面に空気極２と燃料極３を配置し、該空気
極２と空気流路柱４との間と、燃料極３と燃料流路柱５
との間に応力緩和層として割れ易い材料１２，９を挟み
込んでいるが、この場合は、空気極２及び燃料極３は薄
いので、バッファ層として機能させることができ、した
がって、固体電解質板１と空気流路柱４及び燃料流路柱
５との接合において、上記空気極２及び燃料極３をバッ
ファ層として用いることができるからである。この場合
に、空気極２や燃料極３に割れが入ることがあるが、電
極はもともと多孔質であるから、割れが入っても問題は
ない。
解質板１の両面に空気極２と燃料極３を配置し、該空気
極２と空気流路柱４との間と、燃料極３と燃料流路柱５
との間に応力緩和層として割れ易い材料１２，９を挟み
込んでいるが、この場合は、空気極２及び燃料極３は薄
いので、バッファ層として機能させることができ、した
がって、固体電解質板１と空気流路柱４及び燃料流路柱
５との接合において、上記空気極２及び燃料極３をバッ
ファ層として用いることができるからである。この場合
に、空気極２や燃料極３に割れが入ることがあるが、電
極はもともと多孔質であるから、割れが入っても問題は
ない。
【００２４】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、固体
電解質型燃料電池を、割れを生じさせたり、破損させた
りすることなく一体焼結で製作することができるので、
製作工数の低減、ガスシール性の向上が図れると共に、
接触抵抗低減による性能向上と部材同士の界面反応阻止
による長寿命化が図れる、という優れた効果を奏し得
る。
電解質型燃料電池を、割れを生じさせたり、破損させた
りすることなく一体焼結で製作することができるので、
製作工数の低減、ガスシール性の向上が図れると共に、
接触抵抗低減による性能向上と部材同士の界面反応阻止
による長寿命化が図れる、という優れた効果を奏し得
る。
【図１】本発明の一実施例を示す焼成前の断面図であ
る。
る。
【図２】図１の燃料流路柱付きセルを作る工程を示すも
ので、（イ）は空気極の塗布、（ロ）は燃料極の塗布、
（ハ）は第２応力緩和層の塗布、（ニ）は燃料流路柱の
設置、（ホ）はマニホールドの形成、（ヘ）はマスクプ
レートの取り付けの工程である。
ので、（イ）は空気極の塗布、（ロ）は燃料極の塗布、
（ハ）は第２応力緩和層の塗布、（ニ）は燃料流路柱の
設置、（ホ）はマニホールドの形成、（ヘ）はマスクプ
レートの取り付けの工程である。
【図３】図１の空気流路付きセパレータを作る工程を示
すもので、（イ）は空気流路柱の設置、（ロ）はマニホ
ールドの形成、（ハ）はマスクプレートの取り付けの工
程である。
すもので、（イ）は空気流路柱の設置、（ロ）はマニホ
ールドの形成、（ハ）はマスクプレートの取り付けの工
程である。
【図４】本発明の他の実施例を示す焼成前の断面図であ
る。
る。
【図５】従来の固体電解質型燃料電池の概略断面図であ
る。
る。
【図６】セラミック材料を貼り合わせて焼成するときに
生じる熱収縮状態を示すもので、（イ）は焼成前、
（ロ）は焼成中である。
生じる熱収縮状態を示すもので、（イ）は焼成前、
（ロ）は焼成中である。
【図７】本発明の基本となるセラミック材料間に応力緩
和層を挟み込んで焼成させたときの収縮状況を示すもの
で、（イ）は焼成前、（ロ）は焼成中、（ハ）は焼成後
である。
和層を挟み込んで焼成させたときの収縮状況を示すもの
で、（イ）は焼成前、（ロ）は焼成中、（ハ）は焼成後
である。
１ 固体電解質板 ２ 空気極 ３ 燃料極 ４ 空気流路柱 ５ 燃料流路柱 ６ セパレータ ７，８ マスクプレート ９ 燃料極材料（第１応力緩和層） １０ 燃料極材料（第２応力緩和層） １１ 材料（第３応力緩和層） １２ 空気極材料（第４応力緩和層） １３ 材料（第５応力緩和層） １５ 空気極材料（第６応力緩和層） Ｃ 燃料流路柱付きセル Ｓ 空気流路柱付きセパレータ
Claims (2)
- 【請求項１】 固体電解質板のグリーンシートの両面
に、空気極と燃料極を配置し、燃料極上に、該燃料極の
熱収縮挙動に極力近づけた多数の燃料流路柱を、両者の
熱収縮挙動とは極端に違う熱収縮挙動を示す燃料極材料
を第１応力緩和層として挟んで設置すると共に、周辺部
にマスクプレートを取り付けてなる燃料流路柱付きセル
と、セパレータのグリーンシート上に、上記空気極の熱
収縮挙動に極力近づけた多数の空気流路柱を設置すると
共に、周辺部にマスクプレートを取り付けてなる空気流
路柱付きセパレータとを作り、次いで、上記燃料流路柱
付きセルにおける燃料流路柱上及びマスクプレート上
に、これらの熱収縮挙動とは極端に違う熱収縮挙動を示
す材料を各々第２応力緩和層及び第３応力緩和層として
塗布し、又、上記空気流路柱付きセパレータにおける各
空気流路柱及びマスクプレート上に、これらの熱収縮挙
動とは極端に違う熱収縮挙動を示す材料を第４応力緩和
層及び第５応力緩和層として塗布した後、上記燃料流路
柱付きセルと空気流路柱付きセパレータを順次重ね合わ
せ、しかる後、これを焼成して一体焼結させることを特
徴とする固体電解質型燃料電池の製作方法。 - 【請求項２】 空気流路柱付きセパレータにおけるセパ
レータと各空気流路柱との間に、両者の熱収縮挙動とは
極端に違う熱収縮挙動を示す空気極材料を挟み込む請求
項１記載の固体電解質型燃料電池の製作方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4244006A JPH0668885A (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 固体電解質型燃料電池の製作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4244006A JPH0668885A (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 固体電解質型燃料電池の製作方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0668885A true JPH0668885A (ja) | 1994-03-11 |
Family
ID=17112316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4244006A Pending JPH0668885A (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 固体電解質型燃料電池の製作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0668885A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5866275A (en) * | 1996-01-18 | 1999-02-02 | Ngk Insulators, Ltd. | Layered sintered body for electrochemical cells |
| US5964991A (en) * | 1996-09-26 | 1999-10-12 | Ngk Insulators, Ltd. | Sintered laminated structures, electrochemical cells and process for producing such sintered laminated structures |
| JP2001205607A (ja) * | 2000-01-26 | 2001-07-31 | Nippon Shokubai Co Ltd | セラミックシートおよびその製造法 |
| EP1328035A1 (fr) * | 2002-01-09 | 2003-07-16 | HTceramix S.A. - High Technology Electroceramics | PEN de pile à combustible à oxydes solide |
| US6720101B1 (en) | 2001-06-08 | 2004-04-13 | Palcan Fuel Cell Co. Ltd | Solid cage fuel cell stack |
| WO2008044429A1 (fr) * | 2006-10-05 | 2008-04-17 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Structure support pour piles à combustible à électrolyte solide et module à piles à combustible à électrolyte solide doté de celle-ci |
| EP1919021A3 (en) * | 2006-10-24 | 2009-05-06 | Ngk Insulators, Ltd. | Thin plate member for unit cell of solid oxide fuel cell |
| JP2009252474A (ja) * | 2008-04-04 | 2009-10-29 | Murata Mfg Co Ltd | 固体電解質形燃料電池とその製造方法 |
| US7736787B2 (en) * | 2005-09-06 | 2010-06-15 | Nextech Materials, Ltd. | Ceramic membranes with integral seals and support, and electrochemical cells and electrochemical cell stacks including the same |
| US8192888B2 (en) | 2005-04-19 | 2012-06-05 | Nextech Materials, Ltd. | Two layer electrolyte supported fuel cell stack |
| WO2015025642A1 (ja) * | 2013-08-21 | 2015-02-26 | 株式会社村田製作所 | 電気化学素子用セラミック基体及びその製造方法並びに燃料電池及び燃料電池スタック |
| JP2017147219A (ja) * | 2016-02-17 | 2017-08-24 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池スタック |
-
1992
- 1992-08-21 JP JP4244006A patent/JPH0668885A/ja active Pending
Cited By (16)
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| US9722259B2 (en) | 2013-08-21 | 2017-08-01 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Ceramic substrate for electrochemical element, manufacturing method therefore, fuel cell, and fuel cell stack |
| JP2017147219A (ja) * | 2016-02-17 | 2017-08-24 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池スタック |
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